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SPI协议详解

南柯一一梦 2023-06-30 原文

SPI协议简介
SPI是一种高速的、全双工、同步的串行通信总线，SPI采用主从方式工作，一般有一个主设备和一个或者多个从设备。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

SPI至少需要4根线，分别是MISO（主设备输入从设备输出）、MOSI（主设备输出从设备输入）、SCLK（时钟）、CS（片选信号），SPI使用引脚较少且布线方便，所以芯片SOC中基本都需要SPI总线。

寻址方式
当主设备要和某个从设备进行通信时，主设备需要先向对应从设备的片选线上发送使能信号（高电平或者低电平，根据从机而定）表示选中该从设备。
有两种方法可以将多个从设备连接到主设备。

  • 如果主设备有多个从设备选择引脚，则从设备可以并联连接：

  • 如果只有一个从选择引脚可用，则从器件可以菊花链式连接：

    通信过程
    SPI总线在进行数据传输时，先高位后低位；一个字节传输完成后无需应答即可开始下一个自己的传输；SPI总线采用同步方式工作，没有起始信号、结束信号和应答位。时钟线在上升沿或者下降沿时，发送器向数据线上发送数据，在紧接着的下降沿或者上升沿时，接收器从数据线上读取数据，完成一位数据传输，8个时钟周期即可完成一个字节数据的传输。

    极性和相位
    SPI总线有四种不同的工作模式，取决于极性CPOL和相位CPHL两个因素。

  • CPOL表示SCLK空闲时的状态
    CPOL=0,空闲时SCLK为低电平
    CPOL=1,空闲时SCLK为高电平

  • CPHA表示采样时刻
    CPHA=0，每个周期的第一个时钟沿采样
    CPHA=1，每个周期的第二个时钟沿采样

  1. CPOL=0，CPHA=0
    SCK空闲状态为低电平，主机数据在每个上升沿被从机采样，数据输出同理。
  2. CPOL=1，CPHA=1
    SCK空闲状态为高电平，主机数据在每个上升沿被从机采样，数据输出同理。
  3. CPOL=0，CPHA=1
    SCK空闲为0，在SCK第二个边沿时数据有效，即SCK下降沿有效。
  4. CPOL=1，CPHA=0
    SCK空闲为1，在SCK第一个边沿时数据有效，即SCK下降沿有效。

    需要说明的是，对于一个特定的从设备，一般在出厂时就会将其设计为某种特定的工作模式，我们在使用该设备时就必须保证主设备的工作模式和该从设备保持一致，否则无法通信，所以我们一般需要对主设备的CPOL和CPHA进行配置。
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